牛津物理学家创建量子纠缠原子钟网络

牛津大学的物理学家首次通过量子纠缠成功地将两个原子钟联系起来。这一壮举可以帮助使这些时钟如此精确，以至于它们开始接近量子力学设定的基本精度极限。

原子钟通过测量原子的振动模式来保持时间，这些模式非常稳定和可预测。例如，铯-133原子每秒将精确振荡9，192，631，770次，自1967年以来，这个数字已被用于正式定义秒，为计时设定了国家和国际标准。

但总有改进的余地。光学原子钟使用可见光和镱等原子，有可能超越铯原子钟，现在牛津物理学家已经展示了如何使它们更加精确。这样做需要利用一种称为量子纠缠的怪异量子现象。

粒子可以彼此交织在一起，以至于测量或改变一个粒子都会立即影响它的伙伴，无论它们相距多远。从理论上讲，这两个粒子可能位于宇宙的相反两侧，并且仍然会瞬间相互影响。这个想法让爱因斯坦本人感到不安，但它已经被实验证实了几十年。

麻省理工学院的物理学家此前曾利用量子纠缠来提高原子钟的准确性，方法是将原子云纠缠在单个设备中。现在，牛津大学的研究小组已经从房间的另一边纠缠了两个独立的原子钟。

每个原子钟都包含一个锶离子。激光束一分为二，然后每束以完全相同的方式调制，然后被送入每个原子钟以撞击锶离子。这在离子之间产生了量子纠缠链接，即使它们相距2米(6.6英尺)。

最终结果是第一个纠缠原子钟的量子网络，可以用来比以往任何时候都更精确地测量时间。研究人员将测量中的不确定性降低了两倍。

事实上，该团队表示，纠缠原子钟网络可能超过标准量子极限(SQL)，这是由于随机量子涨落扰乱测量的结果。除此之外，精度可能会开始接近海森堡极限，这是量子物理学定律设定的硬线。

然而，对于所使用的特定设置来说，这仍然是遥不可及的，该设置是为量子计算实验设计的。该团队表示，量子纠缠原子钟的专用网络可以开始探索主要的物理难题，如基本常数甚至暗物质。

“虽然我们的结果在很大程度上是一个原理证明，我们达到的绝对精度比最先进的水平低几个数量级，但我们希望这里展示的技术有一天可以改善最先进的系统，”该研究的作者Raghavendra Srinivas博士说。在某些时候，纠缠将是必需的，因为它提供了一条通往量子理论允许的最终精度的途径。

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